I/O软件层次结构-问问八

的有关信息介绍如下：

I/O软件层次结构

1、知识总览

2、用户层软件

3、设备独立性软件

4、设备驱动程序

5、中断处理程序

I/O软件的层次可分为用户层软件、设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序和硬件。其中设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序属于操作系统的内核部分，即“I/O系统”或“I/O核心子系统”。

越上面的层次越接近用户，越下面的层次越接近硬件。每一层会利用其下层提供的服务，实现某些功能，并屏蔽实现的具体细节，向高层提供服务（“封装思想”）。

用户层软件实现了与用户交互的接口（库函数），用户可直接使用该层提供的、与I/O操作相关的库函数对设备进行操作。

用户层软件将用户请求翻译成格式化的I/O请求，并通过“系统调用”请求操作系统内核的服务。例如，printf("hello world!")，会被翻译成等价的write系统调用，当然，用户层软件也会在系统调用时填入相应参数。

设备独立性软件，又称为设备无关性软件。与设备的硬件特性无关的功能几乎都在这一层实现。

主要功能如下：

1、向上提供统一的调用接口（如read/write系统调用）。

2、实现设备的保护。原理类似于文件保护。设备被看做是一种特殊的文件，不同用户对各个文件的访问权限是不一样的，同理，对设备的访问权限也不一样。

3、差错处理。设备独立性软件需要对一些设备的错误进行处理。

4、设备的分配与回收。

5、数据缓冲区管理。

6、建立逻辑设备名到物理设备名的映射关系，根据设备类型选择调用相应的驱动程序。

用户或用户层软件发出I/O操作相关系统调用的系统调用时，需要指明此次需要操作的I/O设备的逻辑设备名。

设备独立性软件需要通过“逻辑设备表（LUT,Logical Unit Table）”来确定逻辑设备对应的物理设备，并找到该设备对应的设备驱动程序。

操作系统可以采用两种方式管理逻辑设备表（LUT）：

第一中方式，整个系统只设置一张LUT，这就意味着所有用户不能使用相同的逻辑设备名，因此这种方式只适合用于单用户操作系统。

第二中方式，为每个用户设置一张LUT，各个用户使用的逻辑设备名可以重复，适用于多用户操作系统。系统会在用户登录时为其建立一个用户管理进程，而LUT就存放在用户管理进程的PCB中。

为何不同的设备需要不同的设备驱动程序？

各式各样的设备，外形不同，其内部的电子部件（I/O控制器）也有可能不同。不同设备的内部硬件特性也不同，这些特性只有厂家知道，因此厂家须提供与设备相对应的驱动程序，CPU执行驱动程序的指令序列，来完成设置设备寄存器，检查设备状态等工作。

主要负责对硬件设备的具体控制，将上层发出的一系列命令（如read/write）转化为特定设备“能听得懂”的一系列操作，包括设置设备寄存器，检查设备状态。

驱动程序一般以一个独立进程的方式存在。

当I/O任务完成时，I/O控制器会发送一个中断信号，系统会根据中断信号类型找到相应的中断处理程序并执行。中断处理程序的处理流程如下：首先从控制器读出设备状态，然后查看I/O是否正常结束，是的话，从设备中读入一个字的数据并经由CPU放到内存缓冲区中，否的话，根据异常原因做相应处理。